2021年5月21日，北京大學生命科學學院鄧宏魁研究組在Nature Communications雜志上發(fā)表了題為“Chemically Defined and Xeno-free Culture Condition for Human Extended Pluripotent Stem Cells”的研究論文，在體外建立了成分明確、無異源成分的人潛能擴展多能干細胞（EPS細胞）的培養(yǎng)體系，并利用該體系建立了將體細胞誘導為無異源人EPS細胞的重編程誘導方法。

如何建立高質量的多能干細胞一直是干細胞研究的核心問題。EPS細胞是2017年鄧宏魁研究組建立的一類具有全能性功能特征的多能干細胞，同時具有胚內和胚外組織的發(fā)育潛能(Yang et al., 2017)。自建立以來，EPS細胞得到了廣泛的應用。鄧宏魁研究組利用EPS細胞建立了快速制備基因修飾動物模型的技術(Li et al., 2019a)，并利用人EPS細胞高效制備功能性肝細胞（EPS-Heps）(Wang et al., 2020)，與傳統(tǒng)人多能干細胞制備的肝細胞相比，EPS-Heps在轉錄譜上更類似于人原代肝細胞。該研究結果突出了EPS細胞產生功能性細胞的應用潛力，可以為體外制備功能細胞提供更好的來源。國際其他研究組也在EPS細胞的研究和應用中取得了一系列重要進展，利用EPS細胞在體外構建功能性的早期胚胎結構(Li et al., 2019b; Sozen et al., 2019)；將人EPS細胞注射到食蟹猴早期囊胚中，制備了人猴嵌合體胚胎，并成功使胚胎存活時間達到20天，這是目前猴子胚胎體外培養(yǎng)能達到的最長時長(Tan et al., 2021)。這些研究都表明EPS細胞具有廣泛的應用前景和優(yōu)勢。但是，人EPS細胞的培養(yǎng)依賴于飼養(yǎng)層細胞，制約了EPS細胞的進一步轉化應用。

為了解決這一問題，鄧宏魁研究組通過對飼養(yǎng)層分泌的細胞因子和胞外基質等進行研究，建立了成分確定的，無異源的培養(yǎng)體系（xeno-free EPS culture condition，圖1）。無飼養(yǎng)層、無異源體系培養(yǎng)的人EPS細胞能夠在體外長期穩(wěn)定地培養(yǎng)60代以上，且能維持人EPS細胞的基本性質。轉錄組分析表明，無異源人EPS細胞具有和飼養(yǎng)層細胞培養(yǎng)的人EPS細胞相似的整體表達譜，與EPS特性相關的早期胚胎富集的基因模塊在無異源培養(yǎng)的人EPS細胞同樣富集。而且，利用該培養(yǎng)體系與重編程技術結合能高效建立人體細胞來源的無異源成分的人EPS細胞系，為制備人EPS細胞提供了新的方法。

圖1：成分確定的、無異源的人EPS細胞培養(yǎng)體系的建立

鄧宏魁研究組進一步系統(tǒng)研究了無異源培養(yǎng)的人EPS細胞的胚外發(fā)育潛能，將其注射到早期小鼠胚胎后，能夠穩(wěn)定地嵌合到小鼠胚胎期E6.5天的胚內和胚外組織。進一步的實驗發(fā)現(xiàn)，無異源的人EPS細胞若培養(yǎng)在滋養(yǎng)層干細胞培養(yǎng)基中，能夠轉化成滋養(yǎng)層干細胞類似性質的細胞；ATAC-seq測序結果發(fā)現(xiàn)在無異源的人EPS細胞中，與胚外發(fā)育相關的基因位點處于更開放的狀態(tài)（圖2）。這些結果都證明無異源培養(yǎng)的人EPS細胞具備胚外組織的發(fā)育潛能。

圖2：xeno-freehEPS細胞的胚外發(fā)育潛能

該培養(yǎng)體系排除了飼養(yǎng)層細胞不確定成分的影響，提高了人EPS細胞培養(yǎng)的穩(wěn)定性，為推動人EPS細胞在分化，疾病模型和發(fā)育生物學的廣泛應用提供了條件。無異源成分的人EPS細胞培養(yǎng)體系為建立符合臨床應用標準的人EPS細胞系奠定了技術基礎，未來將進一步推進EPS技術向臨床的轉化應用。

北京大學生命科學學院鄧宏魁教授、北京大學干細胞研究中心徐君研究員和白云教授為該論文的共同通訊作者，北京大學生命科學學院李程研究員為該論文的生物信息學分析提供了重要支持，劉蓓博士，博士研究生陳詩，徐亞星博士，博士研究生呂鈺麟為該論文的共同第一作者。本工作獲得了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、北京市科委的資助。

參考文獻

Li, H., Zhao, C., Xu, J., Xu, Y., Cheng, C., Liu, Y., Wang, T., Du, Y., Xie, L., and Zhao, J. (2019a). Rapid generation of gene-targeted EPS-derived mouse models through tetraploid complementation. Protein & cell 10, 20-30.

Li, R., Zhong, C., Yu, Y., Liu, H., Sakurai, M., Yu, L., Min, Z., Shi, L., Wei, Y., and Takahashi, Y. (2019b). Generation of blastocyst-like structures from mouse embryonic and adult cell cultures. Cell 179, 687-702. e618.

Sozen, B., Cox, A.L., De Jonghe, J., Bao, M., Hollfelder, F., Glover, D.M., and Zernicka-Goetz, M. (2019). Self-organization of mouse stem cells into an extended potential blastoid. Developmental cell 51, 698-712. e698.

Tan, T., Wu, J., Si, C., Dai, S., Zhang, Y., Sun, N., Zhang, E., Shao, H., Si, W., and Yang, P. (2021). Chimeric contribution of human extended pluripotent stem cells to monkey embryos ex vivo. Cell 184, 2020-2032. e2014.

Wang, Q., Sun, D., Liang, Z., Wang, J., Zhong, X., Lyu, Y., Cao, J., Lin, Z., Du, Y., and Miao, Z. (2020). Generation of human hepatocytes from extended pluripotent stem cells. Cell research 30, 810-813.

Yang, Y., Liu, B., Xu, J., Wang, J., Wu, J., Shi, C., Xu, Y., Dong, J., Wang, C., and Lai, W. (2017). Derivation of pluripotent stem cells with in vivo embryonic and extraembryonic potency. Cell 169, 243-257. e225.

來源：北京大學